湖大马建民/化学所曹安民AM: 用于钾离子电池的高性能正极材料：结构设计和电化学性能

由于钾储量的明显优势，钾离子电池（PIBs）作为锂离子电池（LIBs）的替代储能系统正受到越来越多的研究关注。然而K⁺的大尺寸使得合适的电极材料难以确定，特别是决定PIB能量密度的正极材料，需要能承受K⁺连续嵌入/脱嵌过程中产生的严重结构变形。因此，如果预期PIB的实际应用，遵循适当的正极材料设计原则以确保稳定的电化学性能至关重要。

在此，湖南大学马建民教授、中科院化学所曹安民研究员等人总结了PIBs先进正极材料的当前开发进展。综述主要讨论了正极材料的设计原则，重点是用于控制其结构退化的有效策略，包括晶格工程、形态控制和成分优化等方面。作者从介绍不同类型正极材料的电荷存储机制开始，重点介绍了其结构-性能关系，以揭示其晶格框架所起的决定性作用。然后详细回顾了在正极材料稳定方面开发的可用控制策略，以揭示它们对减轻PIB 应用面临的固有问题的重要贡献。

图1. 典型的钾离子电池的原理图

最后讨论了不同类别正极材料未来发展面临的关键问题，并展望了促进 PIB 进一步发展的潜在途径和策略，包括：空气稳定性控制、抑制副反应、电解液设计、追求高能量密度、全电池的组装等。

图2. PIB正极材料的电化学性能比较

High-Performance Cathode Materials for Potassium-Ion Batteries: Structural Design and Electrochemical Properties, Advanced Materials. 2021. DOI: 10.1002/adma.202100409

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